JP2840387B2 - 光信号処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光信号処理装置に関する。

［従来の技術］ 画像パターンを入力して、そのエッジや重心等の特徴
を抽出することは画像情報処理に於いて極めて重要であ
る。

発明者は先に、エッジ抽出や重心抽出を行い得る光機
能素子として第３図（Ａ）に示す如きものを提案した。

図に於いて符号３はバクテリオロドプシンを配向した
微小な素子を配列した転送層を示す。転送層３における
上記素子の配列は１次元的でも２次元的でも良いがここ
では説明の簡単のために１次元的な配列を想定し、素子
は図の左右方向へ１列に配列されているものとする。

転送層３の片側には透明な水素イオン供給層１が設け
られ、他方の側には拡散層５が設けられている。拡散層
５は水素イオンを拡散させる材質で構成されている。

拡散層５を転送層３とともに挟むようにして検出層７
が設けられている。検出層７は微小なpH電極を転送層３
に於ける素子の配列と対向させて配列させたものであ
る。

転送層３を構成する個々の素子に於いてバクテリオロ
ドプシンは「素子に光が照射されたときこの素子が水素
イオン供給層１の水素イオンを拡散層５の側へ転送する
ように」配向されている。

第３図（Ｂ）以下に於いて横軸Ｘは同図（Ａ）に於け
る左右方向に対応している。

転送層３に水素イオン供給層１を介して、第３図
（Ｂ）のような光強度分布を持った１次元的な光パター
ンを照射すると、光照射された素子のバクテリオロドプ
シンは照射された光の強度に比例した量の水素イオンを
拡散層５へ転送する。

転送された水素イオンは拡散層５中に拡散するが、一
つの素子によって転送された水素イオンはガウス関数型
の濃度分布に従って拡散する。従って転送された全水素
イオンの濃度ρ（Ｘ）は上記素子ごとに転送された水素
イオンの濃度分布を重ね合わせたものとなり、説明して
いる例では第３図（Ｃ）に示すような「全体としてガウ
ス関数型」の分布となる。

このρ（Ｘ）を検出層７で検出し、その結果をＸに就
いて２度微分するとd²ρ/dX²として第３図（Ｄ）のよう
な曲線が得られる。この曲線のゼロクロス点は図に示す
ように入力光パターンのエッジ部に合致するので、上記
ゼロクロス点を求めることによりエッジ抽出を行うこと
が出来る。

このエッジ抽出は数学的にはMarr等により提案されて
いるでる∇²Gオペレーターの作用によるエッジ抽出と等
価である。

［発明が解決しようとする課題］ 重心抽出等の特徴抽出については従来からSeibertら
による方法が知られており、第３図の光機能素子はこの
ような特徴抽出をも行い得るが、これを行うには入力さ
せる光パターンをエッジや交点位置に対応するパターン
にする必要がある。

本発明はエッジ抽出や重心抽出を容易且つ確実に行い
得る、新規な光情報処理装置の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 以下、本発明を説明する。

本発明の光信号処理装置は２以上の光機能素子と１以
上の発光素子アレイとにより構成される。

「光機能素子」は、光受容層と信号伝達層と信号処理
層とを有する。

「光受容層」は１次元的もしくは２次元的な光パター
ンの照射を受けて、この光パターンに対応した拡散性の
信号に変換する。

「信号伝達層」は光受容層による拡散性の信号を拡散
させつつ伝達する。

「信号処理層」は信号伝達層により伝達された信号を
受けて空間微分処理を含む信号処理を行う。

このような光機能素子がＮ（≧２）個配列され、各光
機能素子間に発光素子アレイが配備される。

「発光素子アレイ」は、発光素子を１次元的もしくは
２次元的に配列したものである。発光素子の配列は光機
能素子が処理する光パターンが１次元的か２次元的かに
応じて１次元的もしくは２次元的である。

第ｉ番目（Ｎ−１≧ｉ≧１）の光機能素子の出力が、
この光機能素子と第ｉ＋１番目の光機能素子の間に配備
された発光素子アレイにより光パターンに変換され、第
ｉ＋１番目の光機能素子の光受容層に照射される。

［作用］ このように、本発明の光情報処理装置では光機能素子
が段階的に配備され、前段の光機能素子の処理結果を直
ちに次段の光機能素子により処理出来る。

［実施例］ 以下、具体的な実施例に基づき説明する。

第１図に示す実施例に於いて符号2A,2Bは第３図に即
して説明したのと同様な光機能素子を示す。従って符号
1A,1Bは水素イオン供給層、3A,3Bは転送層、5A,5Bは拡
散層、7A,7Bは検出層を示している。また符号6A,6Bはイ
ンターフェイス、符号６は演算回路、符号４は発光素子
アレイを示す。

この実施例に於いて「水素イオン供給層1Aと転送層3
A」、「水素イオン供給層1Bと転送層3B」とは各光機能
素子に於ける光受容層を構成する。

また拡散層5A,5Bは信号伝達層を構成する。

さらに「検出層7Aとインターフェイス6Aと演算回路
６」とは光機能素子2Aの信号処理層を構成し、「検出層
7Bとインターフェイス6Bと演算回路６」とは光機能素子
2Bの信号処理層を構成する。

演算回路６としては具体的にはマイクロコンピュータ
ーを用いることが出来る。

説明の簡単のために処理される光パターンは１次元的
なものとし、発光素子アレイに於ける発光素子は図の左
右方向へ１列に配列されているものとする。

光機能素子2Aの光受容層に第２図（Ａ）のような光強
度分布を持った１次元的な光パターン（Ｘ方向は第１図
の左右方向に対応する）が照射されると、検出層7Aから
第２図（Ｂ）に示すような出力（水素イオン濃度ρに対
応する）が得られることは、これまでの説明から容易に
理解されるであろう。

この出力はインターフェイス6Aを介して演算回路６へ
取り込まれ、演算回路６は取り込んだ信号に対し２回の
空間微分を行ってd²ρ/dX²を算出し、そのゼロクロス点
を求める（第２図（Ｃ））。そして求められたゼロクロ
ス点に対応して発光素子アレイを発光させる。即ちゼロ
クロス点に対応した位置にある発光素子を発光させるの
である。

この発光状態に対応した光強度分布を第２図の（Ｄ）
に示す。この発光強度分布は１次元的な光パターンとし
て光機能素子2Bの光受容層に入力される。すると拡散層
5Bには第２図（Ｅ）に示すような２山の濃度分布ρが得
られる。この濃度分布は時間が経過するに連れて第２図
（Ｆ）に示すような１山の単純なガウス関数型の分布と
なる。このときの濃度分布を検出層7Bで検出してインタ
ーフェイス6Bを介して演算回路６に取り込み、空間座標
Ｘにより１回微分すると第２図の（Ｇ）のような曲線が
えられ、そのゼロクロス点は第２図（Ｄ）の光強度分布
に於ける発光位置の中間点に対応する。この中間点は第
２図（Ａ）に示す入力光パターンの重心に相当する。こ
の重心抽出は数学的にはSeibertらにより提案されたも
のと等価である。

上記の如く、光機能素子2Aの出力として入力光パター
ンのエッジが抽出され、光機能素子2Bの出力として上記
入力光パターンの重心が抽出された訳である。

なお第１図の実施例の場合、演算回路６にキーボード
を接続すれば光機能素子2Aの処理結果に外部からの信号
を附加したり、外部からの信号で修正した信号を光機能
素子2Bに処理させることもできる。

第４図は本発明の光信号処理装置に用い得る光機能素
子の別例を示している。

符号10は受光素子を１次元的もしくは２次元的に配列
した受光素子アレイを示す。符号14で示す発光素子アレ
イは受光素子アレイ10に於ける受光素子の配列に対応さ
せて発光素子を配列させたものである。受光素子アレイ
10に照射される光パターンを受光素子アレイ10により読
取り、制御回路12により上記光パターンを発光素子アレ
イ14により再現する。そして再現された光パターンを拡
散板16により拡散性の信号DLに変換する。

この信号は、「発光素子アレイ14の発光素子配列に対
応して」受光素子を配列した受光素子アレイ18で検出さ
れる。そしてその出力に対して演算回路20により微分演
算を含む処理がなされる。

この光機能素子では、受光素子アレイ10と制御回路12
と発光素子アレイ14と拡散板16とが光受容層を構成す
る。また信号伝達層は拡散板16と受光素子アレイ18との
間の空間自体である。そして受光素子アレイ18と演算回
路20とが信号処理層を構成する。

第４図の光機能素子から受光素子アレイ10と制御回路
12と発光素子アレイ14とを取り除き、拡散板16のみで光
受容層を構成することも出来る。

また第４図で変位手段17は拡散板16と受光素子アレイ
20との間の空間距離、即ち信号伝達層の厚さを変化させ
る。この変化は、第２図（Ｅ）（Ｆ）に於いて説明した
時間経過に対応し、空間距離を大きくすることが拡散性
の信号の拡散時間の正の経過に対応する。

上に説明した例では、光受容層等の構成として１次元
的な場合を説明したが、これらを２次元的な構成とする
ことにより２次元光パターンを処理できることは言うま
でもない。

また光機能素子は必要に応じて３段以上の多段に配列
できる。

さらに、第１図の実施例のように、２段の光機能素子
の信号処理層に共通の演算回路６を用いると、第２段の
光機能素子2Bの出力を発光素子アレイ４に表示して光機
能素子2Bを繰り返し使用することにより光機能素子を３
段以上に配列したのと同様の機能を実現出来る。

［発明の効果］ 以上、本発明によれば新規な光信号処理装置を提供で
きる。この装置は上記の如き構成となっているので、エ
ッジ抽出や重心抽出を容易且つ確実に実行できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を説明するための図、第２図
は上記実施例によるエッジ抽出と重心抽出を説明する
図、第３図及び第４図は光機能素子を説明するための図
である。 2A,2B……光機能素子、４……発光素子アレイ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１次元的もしくは２次元的な光パターンの
   照射を受けて上記光パターンに対応した拡散性の信号に
   変換する光受容層と、この光受容層による拡散性の信号
   を拡散させつつ伝達する信号伝達層と、この信号伝達層
   により伝達された信号を受けて空間微分処理を含む信号
   処理を行う信号処理層とを有する光機能素子をＮ（≧
   ２）個配列し、 各光機能素子間に、発光素子を１次元的もしくは２次元
   的に配列した発光素子アレイを配し、 第ｉ番目（Ｎ−１≧ｉ≧１）の光機能素子の出力を、こ
   の光機能素子と第ｉ＋１番目の光機能素子の間に配備さ
   れた発光素子アレイにより光パターンに変換して第ｉ＋
   １番目の光機能素子の光受容層に照射するように構成し
   たことを特徴とする、光信号処理装置。